翻砂鑄造

翻砂是將熔化的金屬澆灌入鑄型空腔中，冷卻凝固后而獲得產(chǎn)品的生產(chǎn)方法。在汽車制造過程中，采用鑄鐵制成毛坯的零件很多，約占全車重量的60%左右，如氣缸體、變速器箱體、轉(zhuǎn)向器殼體、后橋殼體、制動鼓、各種支架等。制造鑄鐵件通常采用砂型。砂型的原料以砂子為主，并與粘結(jié)劑、水等混合而成。砂型材料必須具有一定的粘合強度，以便被塑成所需的形狀并能抵御高溫鐵水的沖刷而不會崩塌。為了使砂型內(nèi)塑成與鑄件形狀相符的空腔，必須先用木材制成模型，稱為木模。熾熱的鐵水冷卻后體積會縮小，因此，木模的尺寸需要在鑄件原尺寸的基礎(chǔ)上按收縮率加大，需要切削加工的表面相應(yīng)加厚?？招牡蔫T件需要制成砂芯子和相應(yīng)的芯子木模(芯盒)。有了木模，就可以翻制空腔砂型。在制造砂型時，要考慮上下砂箱怎樣分開才能把木模取出，還要考慮鐵水從什么地方流入，怎樣灌滿空腔以便得到優(yōu)質(zhì)的鑄件。砂型制成后，就可以澆注，也就是將鐵水灌入砂型的空腔中。澆注時，鐵水溫度在1250~1350度，熔煉時溫度更高。然后還要經(jīng)過除砂、修復(fù)、打磨等過程，才能夠成為一件合格鑄件。

值得注意的是，各種化學(xué)粘結(jié)砂蓬勃發(fā)展，粘土濕型砂仍是最重要的造型材料，其適用范圍之廣，耗用量之大，是任何其他造型材料都不能與之比擬的。據(jù)報道，美國鋼鐵鑄件中，用粘土濕型砂制造的占80%以上；日本鋼鐵鑄件中，用粘土濕型砂制造的占73%以上。 適應(yīng)造型條件的能力強，也是粘土濕型砂的一大特點。1890年震壓式造型機問世，長期用于手工造型條件的粘土濕型砂，用于機器造型極為成功，并為此后造型作業(yè)的機械化、自動化奠定了基礎(chǔ)。近代的高壓造型、射壓造型、氣沖造型、靜壓造型及無震擊真空加壓造型等新工藝，也都是以使用粘土濕型砂為前提的。 各種新工藝的實施，使粘土濕型砂在鑄造生產(chǎn)中的地位更加重要，也使粘土濕型砂面臨許多新的問題，促使我們對粘土濕型砂的研究不斷加強、認識不斷深化。 現(xiàn)今，隨著科學(xué)技術(shù)的速發(fā)展，各產(chǎn)業(yè)部門對鑄件的需求不斷增長，同時，對鑄件品質(zhì)的要求也越來越高?，F(xiàn)代的鑄造廠，造型設(shè)備的生產(chǎn)率已提高到前所未有的水平，如果不能使型砂的性能充分適應(yīng)具體生產(chǎn)條件，或不能有效的控制其穩(wěn)定、一致，則不用多久就可能將鑄造廠埋葬于廢品之中。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用粘土濕型砂的鑄造廠，一般都適合其具體條件的砂處理系統(tǒng)，其中包括：舊砂的處理、新砂及輔助材料的加入、型砂的混制和型砂性能的監(jiān)控。 粘土濕砂系統(tǒng)中，有許多不斷改變的因素。如某一種或幾種關(guān)鍵性能不能保持在控制范圍之內(nèi)，生產(chǎn)中就可能出現(xiàn)問題。一個有效的砂處理系統(tǒng)，應(yīng)能監(jiān)控型砂的性能，如有問題，應(yīng)能及時加以改正。 由于各鑄造廠砂處理系統(tǒng)安排不同，選用的設(shè)備也不一樣，要想擬定一套通用的控制辦法是做不到的。這里，打算提出一些已被廣泛認同的控制要點。各鑄造廠認真地理解了這些要點之后，可根據(jù)自己的具體條件確定可行的控制辦法。而且，還要隨著技術(shù)的進步和工廠的實際能力（包括人員和資金）不斷改進對型砂系統(tǒng)的控制 。

“砂型鑄造” 時先將下半型放在平板上，放砂箱填型砂緊實刮平，下型造完，將造好的砂型翻轉(zhuǎn)180度，放上半型，撒分型劑，放上砂箱，填型砂并緊實、刮平，將上砂箱翻轉(zhuǎn)180度，分別取出上、下半型，再將上型翻轉(zhuǎn)180度和下型合好，砂型造完，等待澆注。這套工藝俗稱--“翻砂”。

1.計算比較

型砂的比熱大致是：9.22×10²J/kg·℃， 水的比熱是：4.19×10³J/kg·℃， 水的蒸發(fā)熱是：2.26×10⁶J/kg， 1噸砂中加20℃的水10kg（加水1%），使其溫度升到50℃，所能帶走的熱量為4.19×10³×10×30，即12.57×10⁵J。 1噸砂溫度降低1℃，需散熱9.22×10²×1000 J，即9.22×10⁵J。 所以，在舊砂中加水1%，只能使溫度降低24.5℃。 使1噸砂中的水分蒸發(fā)1%（10kg），能帶走的熱量為2.26×10⁷J，卻可使砂溫降低24.5℃。 以上的分析表明：簡單地向皮帶機上加水或向砂堆灑水，冷卻效果是很差的。即使加水后向砂表面吹風(fēng)，也不能有多大的改善。加水后，要使水在型砂中分散均勻，然后向松散的砂吹風(fēng)，使水分迅速蒸發(fā)，同時將蒸汽排除。 型砂冷卻裝置的品種、規(guī)格很多，主要有冷卻滾筒、雙盤冷卻器和冷卻沸騰床等，都是利用水分蒸發(fā)冷卻型沙。其中，冷卻沸騰床效果較好。

2.舊砂的水分控制

幾乎所有的鑄造廠都檢查和控制混成砂的水分，但是，對于嚴格控制舊砂水分的重要性，很多鑄造廠的領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員還缺乏足夠的認識。 進入混砂的舊砂水分太低，對混砂質(zhì)量的影響可能并不亞于砂溫過高。 試驗研究和經(jīng)驗都已證明，加水潤濕干膨潤土比潤滑濕膨潤土難得多。型砂中的膨潤土和水，并非簡單的混在一起就行，要對其加搓揉，使之成為可塑狀態(tài)。這就像用陶土和水制陶器一樣，將水和土和一和，是松散的，沒有粘接能力；經(jīng)過搓揉和摔打，使每粒土都充分吸收了水分，就成為塑性狀態(tài)，才可以成形，制成陶器毛坯。 鑄型澆注以后，由于熱金屬的影響，很多砂粒表面上的土-水粘結(jié)膜都脫水干燥了，加水使其吸水恢復(fù)塑性是很不容易的。舊砂的水分較低，在混砂機中加水混碾使之達到要求性能所需要的時間就越長。由于生產(chǎn)中混砂的時間是有限的，舊砂的水分越低，混成砂的綜合質(zhì)量就越差。各國鑄造工作者已有了這樣一種共識：進入混砂機的舊砂，水分只能比混成砂略低一點。 較好的做法是：在舊砂冷卻過程中充分加水冷卻后所含的水分略低于混成砂。這樣，從砂冷卻到進入混砂機還有一段相當(dāng)長的時間，水可以充分潤濕舊砂砂粒表面上的膨潤土。 更好的做法是：在系統(tǒng)中設(shè)混砂機對舊砂進行預(yù)混，冷卻后的舊砂在預(yù)混混砂機中加水進行預(yù)混，以改善舊砂中膨潤土和水的混合狀態(tài)。國外，有的鑄造廠預(yù)混時，將需補加的新砂、膨潤土、煤粉等附加料全部加入。天津的新偉祥鑄造公司，用德國制造的EiRich混砂機預(yù)混。經(jīng)過預(yù)混的舊砂，進入混砂機后加水量很少，只是略微調(diào)整。型砂中的膨潤土和水在混砂機進一步得到調(diào)制，型砂的性能就更為穩(wěn)定一致。

3.舊砂的粒度

對于用粘土濕型砂制造的鑄鐵件，型砂的粒度以細一些為好。由于混砂時舊砂用量一般都在90%以上，決定型砂粒度的因素主要是舊砂。新砂加入量很少，不可能靠加入新砂來改變型砂的粒度。所以，應(yīng)該經(jīng)常檢測舊砂的粒度。 檢測粒度時，取樣后先清洗除去泥分（可用測定含泥量時剩下的砂樣），烘干后篩分。

4.吸水細粉的含量

吸水細粉中主要是死粘土，還包括焦化了的煤粉細粒和其他細粉。 吸水細粉的含量并非越低越好，最好將其控制在2-5%之間。 吸水細粉，混砂時會和膨潤土爭奪水分，使混成砂達到可緊實性目標(biāo)值所需的水分增高。但是，據(jù)大家的認識，吸水細粉的吸水能力比膨潤土強，而保持水分的能力卻低于膨潤土。因此，在型砂中加水量略有不當(dāng)時，吸水細粉對型砂性能有一定的"微調(diào)和穩(wěn)定"作用。水分高時，細粉首先吸水，膨潤土所吸收水可較穩(wěn)定一致；混成砂在輸送過程中水分蒸發(fā)時，吸水細粉所吸的水先蒸發(fā)，粘結(jié)砂粒的粘土膏中的水分較為穩(wěn)定，型砂的性能也就較小波動。 吸水細粉含量太高也不好，會使型砂的水分較高，易于導(dǎo)致鑄件上產(chǎn)生針孔、表面粗糙和砂孔的缺陷。 吸水細粉含量太低，則型砂的性能（尤其是可緊實性）不易穩(wěn)定 。

對粒度有以下兩點要求：

（1）140目篩上的砂粒應(yīng)在10-15%之間。保持較多的細砂，可以減輕鑄件表面粘砂。而且，會增加砂粒之間粘結(jié)橋的數(shù)量，從而降低型砂的脆性，避免沖砂缺陷。此外，這對提高型砂的溫強度、干強度和水分遷移后增濕層強度都有好處。

（2）200目篩、270目篩和底盤上細砂的總和應(yīng)盡量地少。這樣的細砂對改善鑄件表面質(zhì)量的作用不大，卻會使混成砂的水分較高，而且會使型砂的透氣性降低。細砂的總和一般應(yīng)少于4% 。

翻砂清朝末年

清朝末年，三鎮(zhèn)的爐冶坊一般為銅鐵翻砂，主要生產(chǎn)日用品，如水煙袋、湯罐、鼎鍋等。其生產(chǎn)方法為泥模 土法鑄造。20世紀(jì)初，砂造型的出現(xiàn)，一些從事銅翻砂的作坊紛紛轉(zhuǎn)向鐵翻 砂，鐵鑄件產(chǎn)品增多。是時，開始生產(chǎn)軋花機、舊式榨油機、碾米機、彈花機 ，即俗稱的傳統(tǒng)“五機”。

翻砂民國初期

民國初期，武漢地區(qū)機器制造業(yè)的發(fā)展，使鑄鐵件 品種逐漸增多。但鑄造的生產(chǎn)方式落后，大都靠手工操作。至40年代，最大 的民營翻砂僅能完成5噸的熔量，產(chǎn)量極低。加之舊中國機器制造業(yè)的落后，雖生產(chǎn)了一批船舶、動力機、水泵、風(fēng)機及其他機械鑄件，但數(shù)量少。直至武 漢解放初期，鑄鐵件產(chǎn)品仍囿于日用鑄品及傳統(tǒng)的“五機”生產(chǎn)。